DE102014217344A1

DE102014217344A1 - Lautsprechersystem

Info

Publication number: DE102014217344A1
Application number: DE102014217344.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Sladeczek; Daniel Beer; Andreas Franck
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-12-17
Also published as: JP2017523654A; KR102077486B1; EP3280161B1; WO2015185727A2; US9854363B2; EP3152925A2; JP6286583B2; CN106664489A; US20170085990A1; WO2015185727A3; KR20170015371A; EP3280161A1; CN106664489B; EP3152925B1

Abstract

Ein Lautsprechersystem für ein Fahrzeug umfasst ein Lautsprecher-Array, welches eine Mehrzahl elektroakustischer Schallwandler aufweist, die individuell ansteuerbar sind, so dass über die Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler ein nutzerspezifisches Audiosignal für verschiedene Nutzer an unterschiedlichen Hörpositionen in einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs wiedergebbar ist. Das Lautsprecher-Array oder ein Schallauslass des Lautsprecher-Arrays ist hierbei insbesondere zwischen zumindest zwei der Hörpositionen in dem Fahrzeuginnenraum, also z. B. zwischen dem Fahrer und dem Beifahrersitz, angeordnet.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Lautsprechersystem für ein Fahrzeug, insbesondere mit einem Lautsprecher-Array, allgemein auf Lautsprecher-Arrays mit einer Mehrzahl an elektroakustischen Schallwandlern in unterschiedlichen Anordnungskonfigurationen und auf ein Lautsprecher-Array mit Schallführung.
Zukünftige Infotainment-Systeme in Fahrzeugen und die damit verbundenen Lautsprechersysteme in Fahrzeugen müssen anspruchsvollen Aufgaben in komplexen Verkehrsszenarien gerecht werden. Dazu wird eine absolut zuverlässige Funktion vorausgesetzt, wobei Gefahren in beliebigen Fahrsituationen für den Fahrer, z. B. durch Fehlfunktion, ausgeschlossen werden müssen. Hierbei spielen Kommunikationsanforderungen und schnelle Informationsbereitstellung sowie ungestörte Audiowiedergabe eine wesentliche Rolle. Dabei sind als Störsignale nicht nur Fahrzeuggeräusche zu verstehen, sondern auch paralleles Konsumieren von unterschiedlichen Audio-Inhalten, wie etwa beim gleichzeitigen Telefonieren und Konsumieren von Medieninhalte aus Sicht mehrerer Passagiere. Derartige Herausforderungen bedingen Systemeigenschaften, die eine individuelle Beschallung auf begrenzte Hörgebiete, sogenannte Schall- oder Hörzonen ermöglichen.
Zur Realisierung dieser Systeme sind typischerweise neben den elektroakustischen Komponenten, effiziente Algorithmen zur Störschallunterdrückung und eine leistungsfähige Datenkommunikation zur Regelung des adaptiven Systems erforderlich.
Ausgehend von dieser Problemstellung gibt es bereits einige auf dem Markt eingesetzte bzw. zumindest teilweise erprobte Konzepte. Ein Beispiel ist die personalisierte Beschallung (mittels Schallzonen) durch Verwendung von Lautsprechern in unmittelbarer Nähe zu den Ohren des Hörers in der jeweiligen Schallzone, z. B. durch Lautsprecherintegration in die entsprechenden Kopfstützen des jeweiligen Autositzes pro Hörzone. Ein derartiges System mit in Gruppen unterteilte Lautsprecher ist in der Patentschrift US 8,126,159 offenbart. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist die hohe akustische Trennung gegenüber den benachbarten Schallzonen, infolge der großen Differenz in der Hörentfernung. Hier liegt das theoretische Modell der Pegelabnahme mit ca. 6 dB je Entfernungsverdopplung (bei idealer Kugelwellenausbreitung) zugrunde. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist die hohe Störsensibilität z. B. infolge von Kopfbewegungen. Dies führt zum einen zu starken Pegelschwankungen und deutlichen Beeinträchtigungen der räumlichen Wahrnehmung, z. B. Verlust der Stereo-Images.
Ein zweiter Stand-der-Technik-Ansatz betrifft die personalisierten Schallzonen, welche unter Verwendung von Ultraschalltechnik erzeugt werden können. Hörschall wird auf Ultraschallträger moduliert und hochfokussiert auf die Hörzonen abgestrahlt. Grundvoraussetzung dieses Modulationsprinzips ist die Abstrahlung von sehr hohen Ultraschallpegeln, z. B. größer 130 dB. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass der Ultraschall infolge der günstigen Verhältnisse aus Wellenlänge zu der Größe der aktiven „Abstrahlfläche”, definiert durch die Lautsprecher-Größe bzw. die Lautsprecher-Array-Größe, starker fokussiert abgestrahlt wird als Frequenzen des Hörfrequenzbereichs. Damit ist eine höhere akustische Trennung der Schallzonen bei gleicher Größe der verwendeten Lautsprechertechnik möglich. Der Nachteil dieses Ansatzes ist nicht nur, dass Ultraschall ab bestimmten Leistungspegeln gesundheitsschädigend sein kann (vgl. hierzu Einsatz von Ultraschall im medizinischen Bereich zur Zerstörung von Nierensteinen), sondern auch, dass es bei der Verwendung von Ultraschall zu starken Reflexionen im Fahrzeuginnenraum kommt, die sich nachteilig auf die akustische Kanaltrennung auswirken. Ferner bedingt der Ultraschalleinsatz einen hohen Leistungsbedarf, was gleichbedeutend mit einer geringen Energieeffizienz ist. Hinzu kommt ein stark nichtlineares Übertragungsverhalten aufgrund des Demodulationsprinzips, was eine geringe Klangqualität nach sich zieht, die in der Regel nur für Sprachwiedergabe ausreicht.
Ein weiterer Stand-der-Technik-Ansatz basiert auf dem sogenannten Beamforming. Hierzu werden mehrere Lautsprecher verwendet, die z. B. im Fahrzeug verteilte und/oder zu einem Lautsprecher-Array gruppiert sind. Durch die gezielte Ansteuerung jedes Lautsprechers wird eine gerichtete Schallabstrahlung, z. B. für individuelle Schallzonen, erzielt. Im Zusammenhang hiermit sei beispielsweise auf die Patentschrift US 8,073,156 verwiesen, welche die Verwendung von linienförmigen Lautsprecher-Arrays in einem Fahrzeug offenbart. Hiermit ist es möglich, ein Klangmuster auf eine oder mehrere Positionen im Fahrzeug zu fokussieren. Das Patentdokument US 2012/0 121 113 offenbart den Einsatz eines weiteren Lautsprecher-Arrays in einem Fahrzeug inklusive entsprechendem Controller. Der Vorteil gegenüber dem erstgenannten Ansatz liegt in der stabileren Schallzone, auch bei Kopfbewegung. Des Weiteren ist keine unmittelbare Nähe der Sitzposition zu einer Lautsprechereinbauposition notwendig. Im Vergleich zu dem zweitgenannten Ansatz besteht hier auch kein Gefährdungspotenzial aufgrund des hohen Schalldrucks. Außerdem ist eine bessere Klangqualität im Vergleich zu diesem Ultraschallansatz erzielbar. Nachteilig ist jedoch die erzielbare Schallfokussierung, die häufig eine ungenügende Kanaltrennung, insbesondere bedingt durch die realisierbaren Array-Abmessungen, die realisierbaren Schallwandlerabstände (Abstand von benachbarten elektroakustischen Schallwandlern) und die Anzahl der Schallwandler pro Array zur Folge hat. Zusätzlich wird die Kanaltrennung bisheriger Beamforming-Ansätze durch die raumakustischen Einflüsse im Fahrzeug, Reflexionen bzw. Raummoden herabgesetzt.
Des Weiteren offenbart die Patentschrift US 7,343,020 ein automobiles Audiosystem mit direktionalen, planaren Schallwandlern zur Erzeugung von Stereo- oder Surround-Sounds für jeden Passagier individuell. Die Patentschrift US 2003/0021433 offenbart eine Lautsprecherkonfiguration zusammen mit einem Signalprozessor zur Stereokanalgenerierung für alle Passagiere einzeln durch Verwendung eines Center-Lautsprechers. Die Patentschrift EP 2 143 300 B1 offenbart ein Fahrzeuglautsprechersystem mit direktionalen Schallwandlern, ausgerichtet auf die jeweiligen Sitzpositionen (= Hörpositionen). Alle drei letztgenannten Ansätze aus den US-/EP-Patentschriften haben gemein, dass aufgrund der abzuleitenden Lautsprechertechnik es zu nicht ausreichender Kanaltrennung bzw. zu Übersprechen kommen kann. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept für ein Lautsprechersystem, insbesondere für ein Fahrzeug-Lautsprechersystem, zu schaffen, das die oben beschriebenen Nachteile vermeidet und somit qualitativ hochwertige Raumklangerzeugung mit guter Kanaltrennung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel entsprechend einem ersten Aspekt umfasst ein Lautsprechersystem für ein Fahrzeug mit einem Lautsprecher-Array. Das Lautsprecher-Array umfasst eine Mehrzahl elektroakustischer Schallwandler, die individuell ansteuerbar sind, so dass über die Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler ein nutzerspezifisches Audiosignal für verschiedene Nutzer an unterschiedlichen Hörpositionen in einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs wiedergebbar ist. Das Lautsprecher-Array oder im Fall von eingesetzten Schallführungen ein Schallauslass des Lautsprecher-Arrays ist hierbei insbesondere zwischen zumindest zwei der Hörpositionen in dem Fahrzeuginnenraum, also z. B. zwischen dem Fahrer und dem Beifahrersitz, angeordnet.
Den Ausführungsbeispielen des ersten Aspekts liegt also die Erkennung zugrunde, dass ein Lautsprechersystem für ein Fahrzeug insbesondere hinsichtlich Kanaltrennung, z. B. bei Wiedergabe unterschiedlicher Audio-Inhalt an den unterschiedlichen Hörpositionen, dadurch verbessert werden kann, dass ein Lautsprecher-Array zentral im Sinne von mittig bezogen auf alle oder die relevanten Hörpositionen angeordnet ist. Das eingesetzte Lautsprecher-Array kann für jeden Hörplatz (oder jeden relevanten Hörplatz) eine separate Schallkeule bzw. z. B. bei Stereo mehrere separate Schallkeulen pro Zone aufbauen. Durch die mittige Anordnung des Lautsprecher-Arrays, z. B. am Dachhimmel zwischen den Sitzen, wird erreicht, dass das Lautsprecher-Array von jedem relevanten Hörplatz ungefähr gleichweit entfernt ist, so dass jede Schallkeule ähnliche Ausdehnung aufweist und vor allem dass die Schallkeulen in Bezug auf ihre Richtung auch gegenläufig orientiert sind, was in Hinblick auf die Kanaltrennung insbesondere bei nutzerspezifischer Audiowiedergabe optimal ist.
Wie oben bereits angedeutet, wäre eine bevorzugte Positionierung des Lautsprecher-Arrays entsprechend den Ausführungsbeispielen im Dachhimmel des Fahrzeugs, in der Mittelkonsole, in dem Armaturenbrett oder in der Hutablage, wobei entsprechend weiterer Ausführungsbeispiele insbesondere wichtig ist, dass ein Abstand zwischen dem Array und den Hörpositionen bzw. zumindest den relevanten Hörpositionen (Teilmenge aller Hörpositionen) im Wesentlichen, d. h. also mit einem abweichenden +/–30% gleich ist.
Je Hörposition kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen zumindest ein Zusatzlautsprecher, wie z. B. der üblicherweise vorhandene Lautsprecher in der Tür bzw. dem Spiegeldreieck und/oder ein anders positionierter Zusatzlautsprecher vorgesehen sein. Der Zusatzlautsprecher kann auch als Körperschallwandler ausgeführt sein. Der Zusatzlautsprecher ist bevorzugt näher am Nutzer angeordnet als das Lautsprecher-Array. Durch eine derartige dichte Anordnung ist es möglich, dass der von dem Zusatzlautsprecher abgestrahlte Schall in Bezug auf die anderen Hörpositionen nahezu zu vernachlässigen ist, da hier mit wesentlich geringeren Schallpegeln und großen Pegeldifferenz infolge großem Unterschied im Hörabstand gearbeitet werden kann. Durch diesen Zusatzlautsprecher ist es möglich, je Hörposition Stereo, aber auch Mono mit lokaler Pegelanhebung oder Frequenzerweiterung (z. B. Tiefton) zu erzeugen.
Stereo kann auch unter Zuhilfenahme der Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandlern und des Lautsprecher-Arrays basierend auf der Technik des akustischen Beamformings erzeugt werden. Hierbei werden dann beispielsweise pro Hörposition mindestens zwei Beams (Schallkeulen) oder auch ein Stereo-Beam erzeugt. In diesem Zusammenhang muss auch erwähnt werden, dass es denkbar wäre, dass unter Zuhilfenahme von Übertragungsfunktionen, welche psychoakustischen Effekte emulieren, die zu erzeugenden Schallquellen virtuell im Raum positioniert werden. Vorteilhaft bei der Positionierung der Quellen mittels Beamforming wäre es entsprechend zusätzlichen Ausführungsbeispielen, dass die Beams unter Berücksichtigung der Sitzeinstellung bzw. der Kopfposition des Hörers nachgeführt werden, so dass unabhängig von der Sitzposition ein gleichbleibend guter Wiedergabeeindruck entsteht.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Lautsprechersystem auf einen Signalprozessor, der beispielsweise zum Beamforming den elektroakustischen Schallwandler und/oder den oder die Zusatzlautsprecher individuell ansteuert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend eines zweiten Aspekts schafft ein Lautsprecher-Array mit einer Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern, z. B. kleinen Schallwandlern, die auf einer ersten Linie angeordnet sind und einer Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern, z. B. großen Schallwandlern, die auf eben der ersten Linie angeordnet sind. Hierbei ist der mittlere Abstand zwischen den ersten elektroakustischen Schallwandlern kleiner im Vergleich zu dem mittleren Abstand zwischen den zweiten elektroakustischen Schallwandlern.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts sind die ersten elektroakustischen Schallwandler in einem ersten Flächenbereich angeordnet, während die zweiten elektroakustischen Schallwandler in einem zweiten Flächenbereich angeordnet sind. Hierbei ist dann die mittlere Dichte der Anordnung der ersten elektroakustischen Schallwandler (z. B. wiederum der kleinen elektroakustischen Schallwandler für den Hochtonbereich) größer als die mittlere Dichte der zweiten elektroakustischen Schallwandler (z. B. großen elektroakustischen Schallwandler für den Tieftonbereich).
Ausführungsbeispielen dieses zweiten Aspekts liegt der Erkenntnis zugrunde, dass die Anordnung von Schallwandlern unterschiedlichen Typs in einem Array nicht zwingendermaßen gleichverteilt sein muss, sondern dass es sogar von Vorteil sein kann, wenn kleinere Schallwandler, die typischerweise für hohe Frequenzbereiche eingesetzt werden mit einer höheren „Packungsdichte” verbaut werden, als größere Schallwandler für tiefere Frequenzbereiche, da die Möglichkeit der hochfokussierten Abstrahlung im höheren Frequenzbereich, aber auch die Ortung für hohe Frequenzbereiche besser gegeben ist als im tiefen Frequenzbereich. Eine derartige Schallwandleranordnung bietet also den Vorteil, dass sowohl ein breiter Frequenzbereich, als auch eine Möglichkeit zur akkuraten Schallfokussierung erreicht werden kann.
In entsprechenden Ausführungsbeispielen kann eine oben beschriebene Anordnung entweder auf einer Linie durch Einrahmung von mindestens zwei der ersten elektroakustischen Schallwandler durch je einen der zweiten elektroakustischen Schallwandler pro Seite oder im zweidimensionalen Bereich in einem Karré erfolgen. Des Weiteren wäre es auch denkbar, dass zusätzlich noch dritte elektroakustische Schallwandler vorgesehen sind, die in ähnlicher Anordnung sich in das Array einfügen. Hierbei bedeutet eine ähnliche Anordnung, dass der mittlere Abstand zwischen benachbarten Schallwandlern gleichen Typs mit zunehmender Schallwandlergröße zunimmt bzw. dass die mittlere Dichte abnimmt.
Das Lautsprecher-Array entsprechend diesem zweiten Aspekt ist dazu geeignet als Lautsprecher-Array in dem Lautsprechersystem gemäß dem ersten Aspekt zu dienen. Dies ist besonders vorteilhaft, da die angesprochene Array-Anordnung mit der variierenden Packungsdichte die Möglichkeit bietet, Arrays mit hoher und einstellbarer Richtungscharakteristik bei gleichzeitig kleinem Bauraum, wie er beispielsweise bei zentraler Anordnung im Fahrzeuginnenraum benötigt wird, zu realisieren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend eines dritten Aspekts schafft ein Lautsprecher-Array mit einer Mehrzahl an elektroakustischen Schallwandlern, die an ihrer Schallabstrahlfläche mit Schallführungen zur Schallausgabe bzw. zur Schalllenkung gekoppelt sind, wobei jede Schallführung eine Schallaustrittsöffnung umfasst. Die Mehrzahl der Schallaustrittsöffnungen ist so angeordnet, dass ein mittlerer Abstand zwischen den Schallaustrittsöffnungen kleiner ist als ein (möglicher) mittlerer Abstand zwischen den nebeneinander angeordneten elektroakustischen Schallwandlern.
Den Ausführungsbeispielen dieses dritten Aspekts liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Lautsprecher-Arrays eine kompakte Verteilung der einzelnen Schallquellen, insbesondere in Hinblick auf die selektive Schallfokussierung bei der Schallabstrahlung zu bevorzugen ist. Um eine kompakte Verteilung auch bei Arrays mit großer Ausdehnung, z. B. infolge von großen Schallwandlern, zu erreichen, werden erfindungsgemäß (für diesen dritten Aspekt) trichterförmige Schallführungen, welche jeweils mit einem elektroakustischen Schallwandler gekoppelt sind, eingesetzt. Dabei sind die Schallaustrittsöffnungen der Schallführungen kleiner als die Schalleinlassöffnungen der Schallführungen, so dass die Schallaustrittsöffnungen als kompaktes Feld arrangiert werden können. Somit kann die Richtungscharakteristik für ein Array, welches mit einer Vielzahl von Schallführungen gekoppelt wird, verbessert werden.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist das Lautsprecher-Array entsprechend diesem dritten Aspekt gut mit den Grundgedanken des Lautsprecher-Arrays des zweiten Aspekts kombinierbar. Ferner ist auch ein Einsatz der Schallführungen in Lautsprechersystemen des ersten Aspekts möglich bzw. vorteilhaft.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1a ein exemplarisches Schaubild einer Anordnung eines Lautsprecher-Arrays in einem Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (Mono) des ersten Aspekts;
1b ein schematisches Schaubild einer Anordnung in einem Fahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels (teilweise Stereo) des ersten Aspekts;
1c, d schematische Schaubilder von der Anordnung eines Lautsprecher-Arrays in Kombination mit Zusatzschallwandlern in einem Fahrzeug gemäß weiteren Ausführungsbeispielen (teilweise Stereo) des ersten Aspekts;
2a ein schematisches Schaubild eines Lautsprecher-Arrays mit Schallwandlern unterschiedlichen Typs für das Lautsprechersystem gemäß den Ausführungsbeispielen aus 1a–1d;
2b ein schematisches Schaubild eines Linienförmigen Lautsprecher-Arrays mit Schallwandlern unterschiedlichen Typs gemäß einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts;
2c ein schematisches Schaubild eines Lautsprecher-Arrays mit flächig angeordneten Schallwandlern unterschiedlichen Typs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts;
2d ein Schaubild eines Lautsprecher-Arrays mit Schallwandlern unterschiedlichen Typs gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts; und
3 ein schematisches Schaubild eines Lautsprecher-Arrays mit einer Vielzahl an Schallführungen gemäß einem Ausführungsbeispiel des dritten Aspekts.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren im Detail erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung der austauschbar bzw. aufeinander anwendbar ist.
1a zeigt einen schematisch dargestellten Fahrzeuginnenraum 10 in der Draufsicht mit vier Hörpositionen 12a, 12b, 12c und 12d, jede definiert durch einen Sitz, auf welchem der potenzielle Hörer sitzen kann. Das Lautsprechersystem 1 für den Fahrzeuginnenraum 10 umfasst ein Lautsprecher-Array 20, umfassend die Vielzahl der elektroakustischen Schallwandler 20a–20h.
Wie hier illustriert, ist das Array 20 in Bezug auf den Fahrzeuginnenraum 10 relativ zentral angeordnet, was zur Folge hat, dass das Array 20 zumindest zwischen zwei Hörpositionen (Teilmenge aller Hörpositionen 12a–12d), hier sogar zwischen den vier Hörpositionen 12a–12d angeordnet ist. Als mögliche Bauräume für das Lautsprecher-Array ist hier beispielsweise der Dachhimmel, die Mittelkonsole, aber auch alternativer Weise das Armaturenbrett bzw. die Hutablage zu nennen. Allgemein gesprochen heißt das, dass das Lautsprecher-Array 20 oberhalb oder unterhalb oder sogar auf Höhe der Hörzonen 12a–12d bzw. der Ohrhöhe des Hörers installiert sein kann. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass sich der Begriff zentral auf alle Hörzonen 12a–12d oder zumindest auf eine Teilmenge der Hörzonen 12a–12d, z. B. die Hörzone 12a und 12b, bezieht. Nachfolgend wird auf die Funktionsweise des so realisierten Lautsprechersystems für das Fahrzeug eingegangen.
In dem dargestellten Beispiel wird durch das Lautsprecher-Array je Hörposition 12a–12d eine Schallkeule 22a–22d, die bevorzugter Weise auf die Hörzonen 12a–12d ausgerichtet sind bzw. zumindest diesen zugeordnet sind, ausgebildet. Die Ausbildung dieser Schallkeulen 22a–22d erfolgt dadurch, dass die Schallwandler 20a–20h des Lautsprecher-Arrays 20 unterschiedlich angesteuert werden, beispielsweise unter Berücksichtigung von sogenannten Beamforming-Algorithmen, die auch die Abstrahlcharakteristik der Einzelwandler 20a–20h sowie die raumakustischen Einflüsse einbeziehen können. Im Zusammenhang mit dieser Signalverarbeitung sei auf die Grundlagen der Lehre der Wellenfeldsynthese verwiesen, die größtenteils die Basis für das hier durchgeführte Beamforming bietet. D. h. also, dass das Lautsprecher-Array 20 ausgebildet ist, um je Hörplatz 12a–12d eine separate Schallkeule 22a–22d aufzubauen, wobei aufgrund der zentralen Anordnung jede Schallkeule 22a–22d in Bezug auf ihre Ausrichtung gegenläufig (von der Mitte zu den Hörplätzen 12a–12d) orientiert ist. Zusätzlich ist (infolge der zentralen Anordnung) das Lautsprecher-Array 20 von jedem Hörplatz 12a–12d ungefähr gleichweit entfernt, so dass jede Schallkeule 22a–22d ähnliche Ausprägungen (z. B. Ausdehnung und Pegel) aufweist. Diese zwei Eigenschaften tragen maßgeblich zu der erreichten Kanaltrennung zwischen den Kanälen 22a–22d bei. Ein Vorteil der mittels dem Beamforming erzeugten Schallkeulen 22a–22d liegt darin, dass die Kanaltrennung so gut ist, dass nutzerspezifische Audiosignale für die Hörzonen 12a–12c erzeugt werden können. Infolgedessen kann in den unterschiedlichen Hörzonen 12a–12d nicht nur ein unterschiedliches Audiosignal im Sinne von Lautheit sondern sogar unterschiedliche Audioinhalte wiedergegeben werden. Zusätzlich wäre es auch denkbar, dass in einer der Schallzonen 12a–12d gezielt Stille durch Schallauslöschung generiert werden kann.
Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel aus 1a sei angemerkt, dass durch die dargestellte Anordnung sogar eine zweite optionale Vorgabe erfüllt ist, nämlich dass der Abstand zwischen dem Lautsprecher-Array 20 und den einzelnen Hörpositionen 12a–12d im Wesentlichen, d. h. also mit einer Toleranz von +/–30% gleich ist (zentrale Anordnung). Die zentrale Position des Arrays 20 reduziert ferner störende Einflüsse der Raumakustik bezüglich der Schallzonen, z. B. infolge von Schallreflexionen an Seitenscheiben.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann anstelle des gesamten Lautsprecher-Arrays 20 auch ein Schallauslass einer Schallführung (vgl. 3), welche mit dem Lautsprecher-Array gekoppelt ist, zentral bzw. allgemein zwischen zumindest zwei der Hörzonen 12a–12d positioniert sein. Die Schallführung umfasst typischerweise einen mit dem jeweiligen Schallwandler 20a–20h gekoppelten Schallleiter je Schallwandler 20a–20h, wobei Vielzahl der Schallauslässe der Schallleiter den Schallauslass der Schallführung bilden. Hierdurch kann dann das eigentliche Schallwandler-Array 20, z. B. aus Platzgründen, an geeigneter Stelle im Auto (z. B. im Kofferraum) untergebracht werden und die Schallführung den Schall zum entsprechenden zentralen Schallauslasspunkt führen.
Durch derartig angeordnete Lautsprecher-Arrays ist es auch möglich, Stereo oder sogar 3D-Raumklang je Hörposition 12a–12d zu erzeugen, wie Bezug nehmend auf 1b dargestellt wird.
1b zeigt die Draufsicht des Fahrzeuginnenraums 10 mit den vier Hörpositionen 12a–12d und dem Lautsprecher-Array 20 des Lautsprechersystems 1. Die Erzeugung von Stereo wird anhand der Position 12a erläutert, ist allerdings auch auf die anderen Hörpositionen 12a–12d übertragbar.
Wie in 1b dargestellt, wird für die Hörposition 12a eine Doppelschallkeule, umfassend die Schallkeulen 22aL und 22aR, erzeugt. Die Schallkeulen 22al und 22ar sind einmal auf das linke Ohr (22aL) und einmal auf das rechte Ohr (22aR) des Hörers an der Hörposition 12a ausgerichtet. Die Erzeugung von Schallkanälen je Hörposition 12a–12d ist nicht limitiert auf die Anzahl 2 für Stereo. Vielmehr können auch mehrere Schallkeulen je Hörposition 12a–12d erzeugt werden, um beispielsweise Raumklang zu simulieren. Hierbei wäre es entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen auch denkbar, dass bei der Erzeugung der Schallkeulen 22aL, 22aR, 22b, 22c und 22d (Beams) in der Signalverarbeitung Übertragungsfunktionen, welche psychoakustische Effekte emulieren, berücksichtigt werden, um die virtuellen Schallquellen besser im Innenraum 10 positionieren zu können. Beispiele für derartige Übertragungsfunktionen sind HRTF-Funktionen und/oder Blauertschen Bänder.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass bei der Ausrichtung der Schallkeulen 22aL, 22aR, 22b, 22c und 22d eine Berücksichtigung von Schallreflexionen (z. B. über Glasflächen) oder Schallabsorption erfolgt. Also wird im Vorfeld berücksichtigt, inwieweit direkte Schallwiedergabe und/oder indirekte Schallwiedergabe, also unter Einbeziehung von Wandreflexionen oder auch von optionalen Schallführungen, zum Einsatz kommt.
Entsprechend wiederum weiteren Ausführungsbeispielen wäre denkbar, dass die Schallkeulen 22aL, 22aR, 22b, 22c und 22d in Abhängigkeit von der Sitzposition, die die Hörposition 12a, 12b, 12c und 12d definieren, ausgerichtet werden. Hierbei wäre beispielsweise eine informatorische Kopplung des Lautsprechersystems an die (elektrische) Sitzeinstellung denkbar.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Lautsprechersystem ist in 1c und 1d offenbart, bei welchen das zentrale Lautsprecher-Array 20 mit mindestens einem Zusatzlautsprecher oder Zusatzlautsprecher-Array (oder allgemein mit einem Zusatzlautsprechersystem, umfassen mindestens einen Zusatzlautsprecher) kombiniert wird. Mögliche Positionen für den/die Zusatzlautsprecher sind die A-, B-, C-Säule, die Kopfstütze oder der Dachhimmel.
1c zeigt den Fahrzeuginnenraum 10 (Draufsicht) mit den vier Hörpositionen 12a–12d, den zentral angeordneten Lautsprecher-Array 20 des Lautsprechersystems 1', wobei der ersten Hörposition 12a ein Zusatzlautsprecher 30a (hier z. B. im Dachhimmel, alternativ B-Säule bzw. Kopfstütze) zugeordnet ist. Dieser Zusatzlautsprecher 30a befindet sich aus Sicht des Hörers an der Hörposition 12a auf einer von dem Lautsprecher-Array 20 abgewandten Seite (hier links) und ist bevorzugter- aber nicht notwendigerweise näher am Ohr angeordnet als das zentrale Lautsprecher-Array 20. Hierdurch wird dann auch sichergestellt, dass eine weitere optionale Bedingung, nämlich die, dass der Zusatzlautsprecher 30a dichter an einer Hörposition 12a im Vergleich zu den anderen Hörpositionen 12b–12d angeordnet ist, erfüllt ist.
Wie hier dargestellt, erzeugt der Zusatzlautsprecher 30a eine Schallkeule 32aL, die dem einen (linken) Ohr des Hörers eine Hörposition 12a zugeordnet ist, während das andere (rechte) Ohr durch die Schallkeule 22aR (erzeugt durch das Lautsprecher-Array 20) beschallt wird. Somit ist es in dem dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, Stereo an dem Hörplatz 12a zu erzeugen. Die Verwendung des Zusatzlautsprechers 30a ist nicht auf Stereo beschränkt, so kann der Zusatzlautsprecher 30a allgemein zur Unterstützung der Beschallung an dem Hörplatz 12a (Mono mit Pegelanhebung) dienen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Zusatzlautsprecher 30a nah an dem Hörplatz positioniert wird, so dass die Gesetzmäßigkeiten des Schallpegelabfalls mit der Entfernung ausgenutzt werden, was dazu führt, dass der Schallpegel des Zusatzlautsprechers 30a in der zugehörigen Hörzone 12a lauter ist als in den fremden Hörzonen 12b–12d. Dies trägt vor allem zur erhöhten akustischen Trennung der Schallzonen 12a–12d bei. Allgemein sind die Vorteile eines des Zusatzlautsprechers 30a darin zu sehen, dass die Klangqualität und der Raumeindruck für die zugehörige Schallzone durch Ausnutzung von psychoakustischen Effekten verbessert werden. Allgemein sei festgestellt, dass durch die Anordnung von Schallwandlern 20 bzw. 30a möglichst nahe an der Hörposition (hier 12a), vgl. z. B. Schallwandler 20 und 30a in Bezug auf die Hörposition 12a, der Anteil an Direktschall zunimmt, so dass Reflexionen weiterstgehend verdeckt werden bzw. vernachlässigbar sind.
1d zeigt den Fahrzeuginnenraum 10 mit einem Lautsprechersystem 1'' in einer Seitendarstellung. Hier ist der Hörplatz 12b und der Hörplatz 12d dargestellt, wobei ferner zu erkennen ist, dass das Lautsprecher-Array 20 zentral oberhalb der Hörplätze 12d und 12b (also im Dachhimmel) angeordnet ist. Für den (Font-)Hörplatz 12d, auf welchen die Schallkeule 22d ausgerichtet ist, ist ein Zusatzlautsprecher 30d (hier in der Hutablage zur Erzeugung der Schallkeule 32d) vorgesehen, der hinsichtlich Eigenschaften und Zweck dem Zusatzlautsprecher 30a aus 1c entspricht.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist es, wie auch hier in 1d dargestellt, möglich, dass je Hörplatz, hier 12d und 12b auch ein Körperschallanreger als Zusatzlautsprecher vorgesehen ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Sitz für den Hörplatz 12b den Körperschallanreger 35b, während der Sitz für den Hörplatz 12d den Körperschallanreger 35d umfasst. Jeder dieser Körperschallanreger 35b und 35d ist mechanisch fest mit dem Sitz (Sitzgestell oder Kopfstütze) für den Hörplatz 12b bzw. 12d (z. B. über den Fußraum) verbunden bzw. allgemein mit dem Standort des Hörers zugeordnet und ausgebildet, den Körperschall 36b bzw. 36d auszugeben, so dass er den jeweiligen Hörer erreicht. Diese Körperschallwandler 35b und 35d sind besonders als Unterstützung im Tieftonbereich geeignet, in welchem eine Schallreproduktion mit kleinen Arrays (wegen der limitierten Array-Größe) nicht ausreichend fokussierbar wäre. Durch optionale Schallentkopplungsmittel kann sichergestellt werden, dass der Körperschall 36d bzw. 36b in anderen Hörzonen, z. B. 12a und 12c nicht wahrnehmbar ist, was wiederum zur Erhöhung der akustischen Trennung zwischen den Schallzonen 12a–12d beiträgt.
2a zeigt ein Lautsprecher-Array 50 mit einer Vielzahl von Schallwandlern 52a–52d des Typs A und einer Vielzahl von Schallwandlern 54a–54d des Typs B. Die Schallwandler des Typs A unterscheiden sich insbesondere in ihrer Größe, und damit typischer, aber nicht notwendiger Weise in ihrem übertragbaren Frequenzbereich von den elektroakustischen Schallwandlern 54a–54d des Typs B (B für Hochtonbereich, z. B. > 1000 Hz oder 500 Hz; A für den Tieftonbereich, z. B. < 2000 Hz oder < 500 Hz). Ferner kann auch die Richtungscharakteristik der Schallwandler 52a–52d des Typs A unterschiedlich zu den Schallwandlern 54a–54d des Typs B sein. Die Schallwandler 52a–52d und 54a–54b sind in Form eines Iinienförmigen Schallwandler-Arrays 50 angeordnet und weisen insgesamt weniger Schallwandler auf als beim Aufbau mit zwei parallelen Arrays des Typs A und B gleicher Länge. Diese in 2a gezeigte Array-Anordnungen 50 in Linienform kann vorteilhafter Weise als Arrays für die Lautsprechersysteme 1, 1' oder 1'' aus 1a–1d eingesetzt werden.
Auch wenn das bzgl. 2a erläuterte Array in der Form von A, B, A, B, A, B, A, B dargestellt wurde, ist der Grundgedanke der abwechselnden Anordnung auch auf Schallwandler-Arrays mit mehr als zwei unterschiedlichen Schallwandlertypen übertragbar, so, dass beispielsweise auch eine Schallwandler-Anordnung von A, B, C, A, B, C denkbar wäre. Eine weitere denkbare Alternative wäre die Schallwandleranordnung A, A, B, B, A, A, B, B.
Bezug nehmend auf 2b wird nun ein Lautsprecher-Array 60 erläutert, bei dem weitere Vorteile zu Tage treten. Bezüglich des Lautsprecher-Arrays 60 ist auch angemerkt, dass dieses auch für Lautsprechersysteme außerhalb des KFZ-Bereichs nutzbar wäre bzw. dass alleine das Array 60 Vorteile bietet. 2b zeigt ein Lautsprecher-Array 60 mit den Schallwandlern 52a–52f (Typ A) und den Schallwandlern 54a–54f (Typ B). Hier sind die Schallwandler 52a–52f und 54a–54f entlang der Linie des Array 60 so angeordnet, dass ein mittlerer Abstand d_B der Schallwandler 54a–54f kleiner ist als ein mittlerer Abstand d_A der Schallwandler 52a–52f, vgl. d_B < d_A. Des Weiteren kann auch festgestellt werden, dass der mittlere Abstand des Schallwandlers des Typs B d_B auch kleiner ist als der durchschnittliche mittlere Abstand d_AB aller eingesetzten Schallwandler (vgl. 2a und 2b). Eine derartige Ausbildung des mittleren Abstands d_B im Verhältnis zu dem mittleren Abstand d_A kann durch die entsprechende Reihenfolge der unterschiedlichen Schallwandler 52a–52f bzw. 54a–54f realisiert werden.
Wie in 2b dargestellt, wäre eine mögliche Realisierungsform die Kombination der Schallwandler in Form von A, A, B, A, B, B, B, A, B, A, A. Bei dem in 2b dargestellten Array 60 sind im Innenbereich 60i vier Schallwandler des Typs B, vgl. 54b–54e angeordnet, die durch je einen Schallwandler des Typs A (vgl. 52c und 52d) je Seite eingerahmt werden, wobei diese Anordnung wiederum durch je einen Schallwandler des Typs B (vgl. 54a und 54f) eingerahmt wird. Diese gesamte Schallwandleranordnung wird dann durch je zwei Schallwandler des Typs A (vgl. 52a, 52b, 52e und 52f) je Seite wiederum eingerahmt. Eine derartige Verteilung kann auch mit anderen Worten als logarithmisch oder zumindest annähernd logarithmisch beschrieben werden.
In dieser Schallwandleranordnung des Arrays 60 kann sichergestellt werden, dass im Innenbereich (vgl. Bereich markiert mit dem Bezugszeichen 60i) eine hohe Dichte an Schallwandlern des Typs B, die im Hochtonbereich arbeiten und sich tendenziell durch eine gute Einstellung der Abstrahlcharakteristik auszeichnen, vorliegt. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu dem Außenbereich bzw. den Außenbereichen 60a. Durch eine derartige Anordnung kann den zwei systemimmanenten Bedingungen Rechnung getragen werden, nämlich dass für die fokussierten Abstrahlung das Lautsprecher-Array 60 größer sein sollte als die Wellenlänge, was insbesondere für die Tieftonwiedergabe aufgrund der Größe der Schallwandler 54a–54h problematisch ist, und dass gleichzeitig für die fehlerfreie Reproduktion der Abstand benachbarter Lautsprecher kleiner als die Wellenlänge sein sollte, was insbesondere für die Hochtonwiedergabe aufgrund der Größe der Schallwandler 52a–52h problematisch ist.
Das in 2b beschriebene Prinzip der quasi-logarithmischen Anordnung ist auch auf flächige Schallwandler-Arrays übertragbar, wie in 2c gezeigt wird. 2c zeigt ein Array 70 mit einem zentralen Schallwandler 54e des Typs B, der von insgesamt acht Schallwandlern 54a–54i des Typs B ringsherum (d. h. einer auf jeder Seite) umgeben ist. Insofern wird also durch die elektroakustischen Schallwandler 54a–54d ein 3 × 3-Feld an elektroakustischen Schallwandlern 54a–54d des Typs B erzeugt. Dieses 3 × 3-Feld der Schallwandler 54a–54i befindet sich in Bezug auf die gesamte Schallwandleranordnung 70 im Schwerpunkt der Arrayfläche 70. Dieser Schwerpunkt ist durch das Bezugszeichen 70i gekennzeichnet. Das 3 × 3-Feld der Schallwandler 54a–54i ist wiederum ringsherum umgeben durch die Schallwandler 52a–52h, des Typs A.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der mittlere Abstand der Schallwandler 54a–54i, der aufgrund der Zweidimensionalität als Dichte bezeichnet wird, kleiner als der mittlere Abstand der Schallwandler 52a–52h im Außenbereich 70a. Das heißt also, dass die Dichte im Innenbereich 70i im Vergleich zur Dichte des Außenbereichs 70a (definiert durch die Anzahl an Schallwandlern 52a–52h und 54a–54i pro Fläche) höher ist. Auch bei dieser Flächenanordnung kann also ein kleiner Schallwandler-Abstand zu hochfokussierten Abstrahlungen bei den Schallwandlern 54a–54i für die hohen Frequenzbereiche und ein bauartbedingter größerer Schallwandler-Abstand (zur fokussierten Abstrahlung) für die tieferen Frequenzbereiche (vgl. Schallwandler 52a–52h) erreicht werden.
Auch wenn die flächige Schallwandleranordnung nur in Form eines Schachbrettmusters des Schallwandler-Arrays 70 erläutert wurde, sei darauf hingewiesen, dass auch andere flächige Anordnungen, z. B. konzentrische Anordnungen, mit Konzentration von Schallwandlern eines bestimmten Typs (B) in einem bestimmten Bereich, z. B. im Zentrum (70i) denkbar wären, bei welchen die „Schallwandlerdichte” über die Fläche variiert. Die Anordnung der Schallwandler des Typs A/B muss auch nicht zwingend symmetrisch sein. So wäre auch eine asymmetrische Anordnungen, also leicht versetztes Hochton-Array (vgl. 54a–54i) im Zentrum 70i des Tiefton-Arrays (vgl. 52a–52h) möglich. Vorteilhafter Weise kann so eine Reduzierung von Artefakten in der Abstrahlfunktion infolge von Unstetigkeitsstellen erreicht werden. Ursache für solche Effekte ist beispielsweise Kantenreflexion bei Hochtönern, welche zentral auf Gehäusefront platziert sind.
Die Lautsprecher-Arrays 60 und 70 sind als Arrays für das Ausführungsbeispiel aus 1a–d einsetzbar und weisen gegenüber dem Lautsprecher-Array aus 2a Vorteile in Bezug auf die Richtwirkung, insbesondere bei dem Beamforming zur Einstellung der Richtungscharakteristik sowohl im tieffrequenten als auch im hochfrequenten Bereich auf und können darüber hinaus auch zur Vermeidung von räumlichen Aliasing-Effekt beitragen.
Die durch die Schallwandler-Arrays 60 und 70 erreichte Konzentrierung von Schallwandlern des Typs B im Zentrum 60i und 70i und von Schallwandlern des Typs A im Außenbereich 60a und 70a kann auch durch eine Schallwandleranordnung mit zwei Ebenen erreicht werden, wie es Bezug nehmend auf 2d beschrieben wird.
Die 2d zeigt einen Lautsprecher-Array 80 mit einer Vielzahl von Schallwandlern 52a–52h (Typ A), die linienförmig (direkt) nebeneinander in einer ersten Ebene angeordnet sind. Des Weiteren umfasst das Schallwandler-Array 80 eine Vielzahl von Schallwandlern 54a–54h (Typ B), die ebenfalls (aneinander angrenzend) linienförmig nebeneinander angeordnet sind. Diese zwei Schallwandlertypen 52a–52h und 54a–54h sind in zwei unterschiedlichen Ebenen, d. h. also hintereinander oder auch versetzt bzw. übereinander angeordnet. Beide Anordnungen der Linienarrays habe gemein, dass die Linie auf welche die Schallwandler 52a–52h und 54a–54h angeordnet werden, gleich im Sinne von parallel ist. Somit ist es trotz der direkten Nebeneinanderanordnung der Schallwandler des gleichen Typs 52a–52h bzw. 54a–54h möglich, dass der mittlere Abstand d_B der Schallwandler des Typs B (54a–54h) kleiner ist als der mittlere Abstand d_A der Schallwandler des Typs A (52a–52h).
Es sei angemerkt, dass es für dieses Ausführungsbeispiel unerheblich ist, ob die Schallwandler des Typs A in der ersten oder zweiten Ebene angeordnet sind und umgekehrt auch, ob die Schallwandler des Typs B in der ersten oder zweiten Ebene angeordnet sind.
Optionaler Weise ist es jedoch wichtig, dass die Schallwandler des Typs B, die also bevorzugt mit einem geringeren mittleren Abstand d_B angeordnet werden, im Zentrum der Schallwandleranordnung des Typs A positioniert werden, so dass auch durch dieses Ausführungsbeispiel des Lautsprecher-Arrays eine Konzentration von Schallwandler für den Hochfrequenzbereich im Zentrum erfolgen kann.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch möglich, dass weitere Schallwandler, z. B. Schallwandler des Typs C in einer dritten Ebene angeordnet werden.
Bezug nehmend auf die Lautsprecheranordnungen aus den 2a–2d sei angemerkt, dass den Einzelwandlern 52a–52h bzw. 54a–54h komplexe Richtungscharakteristika, z. B. durch Schallführungen oder durch den Schallwandler selbst zugeordnet werden können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Kombination aus mehreren Linienarrays, wie z. B. die Arrays 50 und 60, so dass ein flächiges Lautsprecher-Array gebildet wird. Die Linienarrays 50 oder 60 können hier eine unterschiedliche Anzahl an Schallwandlern aufweisen, so dass sich beispielsweise auch unterschiedliche Längen der Linienarrays ergeben. Ferner wäre es auch denkbar, dass die Schallwandlerabstände je Linienarray, z. B. aufgrund dessen, dass unterschiedliche Schallwandlertypen eingesetzt werden, variieren. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann jedes Linienarray in sich unterschiedliche Schallwandlertypen umfassen, wobei die Kombination von Linienarrays mit je einem Typ pro Linienarray zu bevorzugen ist. Ein Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Linienarrays mit dem Schallwandlertyp A drei Linienarrays mit dem Schallwandlertyp B einschließen. So wird dann ein flächiges Lautsprecher-Array gebildet, bei dem ein bestimmter Typ an Schallwandlern im Zentrum konzentriert ist.
Bezug nehmend auf 3 wird nachfolgend eine Erweiterung für die obigen Lautsprecher-Arrays beschrieben, wobei die Erweiterung nicht auf solche Arrays oder den KFZ-Bereich beschränkt ist.
3 zeigt ein Lautsprecher-Array 90, hier ausgeführt als Kombination von acht Schallwandlern 52a-52h des gleichen Typs. Jeder dieser Schallwandler 52a–52h bzw., um genau zu sein, die Membran 56 der Schallwandler 52a–52h ist auf seiner Abstrahlseite mit einer Schallführung 92a–92h gekoppelt. Diese Schallführungen 92a–92h sind trichterförmige und optionaler Weise gebogenen Elemente, so dass die Schallaustrittsöffnungen (vgl. Bezugszeichen 94) der Schallführung 92a–92h kleiner (in allen bzw. zumindest einer Dimension) sind als die Schalleinlassöffnungen (vgl. Bezugszeichen 56) auf Seite der elektroakustischen Schallwandler 52a–52h. Der Trichter der Schallführung 92a–92h ist so ausgebildet, dass der Schalleingang 56 im Vergleich zu der Schallaustrittsöffnungen 94 versetzt ist, wobei je nach Kombination mit einem Schallwandler 52a-52h ein unterschiedliches Versetzungsverhältnis benutzt wird, so dass die Gesamtfläche der Schallaustrittsöffnungen insgesamt reduziert werden kann.
Hierdurch können die Schallaustrittsöffnungen 94 der Schallführungen 92a-92h dicht nebeneinander mit einem mittleren Abstand d_S angeordnet werden. Infolgedessen wird trotz eines flächig groß ausgedehnten Lautsprecher-Arrays 90 einen sehr kleinen mittleren. Abstand d_S zwischen den Schallaustrittsöffnungen 94 (insbesondere im Vergleich zu dem mittleren Abstand d_A) erreicht, was zu einer verbessert einstellbaren Richtungscharakteristik (aufgrund der Verringerung der Schallabstrahlfläche durch den kompakten Abstand d_S der Schallaustrittsöffnungen 94 bzw. aufgrund des reduzierten virtuellen Schallwandler-Abstands d_S) und besseren Positionierbarkeit der Arrays (z. B. im Fahrzeug) beitragt.
Die Kombination der Schallführung 92a–92h mit einem der Lautsprecher-Arrays 50, 60, 70 oder 80 ist möglich, so dass ein Einsatz der Schallführung auch für die Ausführungsbeispiele des Lautsprechersystems 1, 1' oder 1'' aus den 1a–1d in Frage kommt. Hierdurch ist es dann (wie oben bereits angedeutet) auch möglich, die Schallführung 92 derart zu gestalten, dass das eigentliche Schallwandler-Array 90 (oder auch 50, 60, 70, 80), z. B. aus Platzgründen, an geeigneter Stelle im Auto (z. B. im Kofferraum) untergebracht ist und die Schallführung 92 den Schall zum entsprechenden Schallauslasspunkt, z. B. im Dach, führt, was eine platzsparende Installation ermöglicht.
Bezug nehmend auf 1 sei angemerkt, dass die Anordnung der Lautsprecher bzw. Lautsprecher-Arrays des Lautsprechersystems auch mit einer vorgegebenen Ausrichtung, z. B. auf die Hörpositionen 12a–12d erfolgen kann, so dass eine gerichtete Abstrahlung je Schallwandler möglich ist, was zu einer Reduzierung des Einflusses auf die Raumakustik in den Schallzonen durch die Position der Lautsprecher beiträgt.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine Signalsteuerungsvorrichtung geschaffen werden, die das Array 20 bzw. die erweiterten Arrays 50, 60, 70, 80, 90 entsprechend den oben beschriebenen Prinzipien (vgl. Monowiedergabe der Hörzone 12a–12d oder Stereowiedergabe der Hörzone 12a–12d) steuert und somit die Ausbildung der entsprechenden Anzahl an hochfokussierten Schallabstrahlungsbeams 22a–22d, 22aL, 22aR ermöglicht.
Bezug nehmend auf 1 sei weiter angemerkt, dass unter den nutzerspezifischen Signalen auch das Einblenden anderer Audioinformationen, wie z. B. in Infotainment-Signalen oder Telekommunikationsaudio in eine bestimmte Hörzone, z. B. die Fahrer-Hörzone 12a, verstanden werden kann.
Bezug nehmend auf das Lautsprecher-Array 20 aus 1a–1d sei angemerkt, dass die in den schematischen Skizzen dargestellten geometrischen Ausrichtungen der Schallwandler 20a–20h im Lautsprecher-Array 20 fiktiv ist und nicht notgedrungen mit der Realität übereinstimmen. So kann die Ausrichtungen der einzelnen Schallwandler 20a–20h entsprechend abweichen oder sogar von Position zu Position variieren (stark gekippt zur ersten Seite, gekippt zur ersten Seite, nach unten, gekippt zur zweiten Seite, stark gekippt zur zweiten Seite).
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten ein-leuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutz-umfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8126159 [0004]
US 8073156 [0006]
US 2012/0121113 [0006]
US 7343020 [0007]
US 2003/0021433 [0007]
EP 2143300 B1 [0007]

Claims

Lautsprechersystem (1, 1', 1'') für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen: ein Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) mit einer Mehrzahl an elektroakustischen Schallwandlern (20a–20h, 52a–52h, 54a–54i) die individuell ansteuerbar sind, so dass über die Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler (20a–20h, 52a–52h, 54a–54i) ein nutzerspezifisches Audiosignal für verschiedene Nutzer an unterschiedlichen Hörpositionen (12a–12d) in einem Fahrzeuginnenraum (10) des Fahrzeugs wiedergebbar ist, wobei das Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) oder ein Schallauslass (94) des Lautsprecher-Arrays (20, 50, 60, 70, 80, 90) zwischen zumindest zwei der Hörpositionen (12a–12d) in dem Fahrzeuginnenraum (10) angeordnet ist.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß Anspruch 1, wobei das Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) oder der Schallauslass (94) des Lautsprecher-Arrays (20, 50, 60, 70, 80, 90) in einem Dachhimmel des Fahrzeugs, der Mittelkonsole des Fahrzeugs, dem Armaturenbrett des Fahrzeugs oder der Hutablage des Fahrzeugs angeordnet ist.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand zwischen dem Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) oder der Schallauslass (94) des Lautsprecher-Arrays (20, 50, 60, 70, 80, 90) und allen der Hörpositionen (12a–12d) oder einer Teilmenge aller Hörpositionen (12a–12d) mit einer Abweichung von +/–30% gleich ist.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) oder der Schallauslass (94) des Lautsprecher-Arrays (20, 50, 60, 70, 80, 90) mittig zwischen zumindest zwei der Hörpositionen (12a–12d) in dem Fahrzeuginnenraum (10) angeordnet ist.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') je Hörposition mindestens ein Zusatzlautsprechersystem umfasst, das mindestens einen Zusatzlautsprecher (30a, 30d) oder ein Zusatzlautsprecher-Array aufweist.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß Anspruch 5, wobei das Zusatzlautsprechersystem näher an dem Nutzer ist als das Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) oder der Schallauslass (94) des Lautsprecher-Arrays (20, 50, 60, 70, 80, 90).
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Zusatzlautsprechersystem in einem der Hörposition zugeordneten Sitz, einer der Hörposition zugeordneten Position der A-Säule, der B-Säule, der C-Säule und/oder des Dachhimmels und/oder in einer der Hörposition zugeordneten Kopfstütze angeordnet ist.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Zusatzlautsprechersystem einen Körperschalllautsprecher (35b, 35d) aufweist, der in einem der Hörposition zugeordneten Fußraum, in einem der Hörposition zugeordneten Sitz und/oder in einer der Hörposition zugeordneten Kopfstütze angeordnet ist und/oder der so mit dem der Hörposition zugeordneten Sitz mechanisch gekoppelt ist.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Zusatzlautsprechersystem ausgebildet ist, einen Schall (32al, 32d, 36b, 36d) so auszugeben, dass ein Großteil des Schalls (32al, 32d, 36b, 36d) in Bezug auf die weiteren der Hörpositionen (12a–12d) an der entsprechend Hörposition (12a–12d) ankommt.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei das Zusatzlautsprechersystem näher an einem Ohr des Nutzers angeordnet ist als an dem anderen Ohr des Nutzers.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') unter Zuhilfenahme des Zusatzlautsprechersystems ausgebildet ist, um Stereo je Hörposition (12a–12d) oder um Mono mit lokaler Pegelanhebung wiederzugeben.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') ausgebildet ist, um unter Zuhilfenahme der Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler (20a–20h, 52a–52h, 54a–54i) des Lautsprecher-Arrays (20, 50, 60, 70, 80, 90) akustisches Beam-Forming zur Ausbildung der Schallkeulen (22a–22d, 22aL, 22aR) zu betreiben.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') ausgebildet ist, um unter Zuhilfenahme der Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler (20a–20h, 52a–52h, 54a–54i) pro Hörposition (12a–12d) mindestens zwei Schallkeulen (22aL, 22aR) oder eine Stereo-Schallkeule zu erzeugen; und/oder wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') ausgebildet ist, um unter Nutzung von Übertragungsfunktionen, welche psychoakustische Effekte emulieren, Schallquellen virtuell im Raum (10) zu positionieren.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das Beam-Forming auf der direkten und/oder indirekten Schallwiedergabe in Bezug auf den Nutzer basiert.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei ein Schalldruckpegel und/oder eine Abstrahlrichtung je Beam, der einer Hörposition zugeordnet ist, so gewählt sind, dass der Schalldruckpegel an anderen Hörpositionen (12a–12d) nach Absorption und/oder Reflexion unter einer Mithörschwelle liegt.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') ausgebildet ist, Beam-Forming unter Berücksichtigung einer Sitzeinstellung oder einer Kopfposition des Nutzers an der Hörposition zu betreiben und/oder die Schallkeulen (22a–22d, 22aL, 22aR) in Abhängigkeit von der Sitzeinstellung oder/oder der Kopfposition des Nutzers nachzuführen.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') eine Steuerung umfasst, die ausgebildet ist, die elektroakustischen Schallwandler (20a–20h, 52a–52h, 54a–54i) individuell anzusteuern.
Lautsprecher-Array (60, 70, 80) mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern (54a–54i), die auf einer ersten Linie angeordnet sind; und einer Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern (52a–52h), die auf der ersten Linie oder einer zu der ersten Linie parallelen Linie angeordnet sind, wobei ein mittlerer Abstand (d_B) zwischen den ersten elektroakustischen Schallwandlern (54a–54i) kleiner ist als ein mittlerer Abstand (d_A) zwischen den zweiten elektroakustischen Schallwandlern (54a–54i).
Lautsprecher-Array (70) mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern (54a–54i), die in einem ersten flächigen Bereich (70i) angeordnet sind; und einer Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern (52a–24h), die in dem ersten flächigen Bereich (70a) angeordnet sind, wobei eine mittlere Dichte der ersten elektroakustischen Schallwandler (54a–54i) kleiner ist als eine mittlere Dichte der zweiten elektroakustischen Schallwandler (52a–52h).
Lautsprecher-Array (60, 70) gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei mindestens zwei der ersten elektroakustischen Schallwandler (54a–54i) durch zwei der zweiten elektroakustischen Schallwandler (52a–52h) eingerahmt sind.
Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die ersten elektroakustischen Schallwandler (54a–54i) ausgebildet sind, um einen ersten Frequenzbereich definiert durch eine erste Mittenfrequenz wiederzugeben, und die zweiten elektroakustischen Schallwandler (52a–52h) ausgebildet sind, einen zweiten Frequenzbereich definiert durch eine zweiten Mittenfrequenz wiederzugeben, wobei die erste Mittenfrequenz höher ist als die zweite Mittenfrequenz.
Lautsprecher-Array (60, 70, 80) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Lautsprecher-Array (60, 70, 80) eine weitere Mehrzahl an dritten elektroakustischen Schallwandlern umfasst.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') ein Lautsprecher-Array (60, 70, 80) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22 umfasst.
Lautsprecher-Array (90) mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl an elektroakustischen Schallwandlern (52a–52h), die mit ersten Schallführungen (92a–92h) zur Schallausgabe in einem ersten Bereich (56) gekoppelt sind, wobei jede Schallführung (92a–92h) eine Schallaustrittsöffnung (94) umfasst, wobei die Mehrzahl der Schallaustrittsöffnungen (94) so angeordnet ist, dass ein mittlerer Abstand (d_S) zwischen den Schallaustrittsöffnungen (94) kleiner ist als ein möglicher mittlerer Abstand (d_A) zwischen den nebeneinander angeordneten elektroakustischen Schallwandlern (52a–52h).
Lautsprecher-Array (90) gemäß Anspruch 24, wobei das Lautsprecher-Array (90) ein Lautsprecher-Array (60, 70, 80) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22 umfasst.
Lautsprechersystem (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1'') ein Lautsprecher-Array (90) gemäß Anspruch 24 oder 25 umfasst.